Файл: Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока.pdf

ПродолжпнШ! maft.i. 1-1

двигателей несколько меньше, чем горизонтальных, из-за увеличенного воздушного зазора.

Рис. 1-1. cos ф и к. п. д. т) асинхронных дви­ гателей.

214—750 об/мин равен приблизительно 7,5 • 107; для асинхронных двигателей с мощностями 500—5000 кВт при частотах вращения 375—1000 об/мин Ci = 10-107.

Величина машинной постоянной СА зависит от исполь­

зования машины — линейной нагрузки А и индукции в воз­ душном зазоре Вь. Для синхронных машин можно ориен­

тировочно принять Вь = 0,65 -ч-0,75 Т; для асинхронных

0,7—0,9 Т. Более высокие значения индукции в зазоре ведут к увеличению насыщения магнитной цепи, искаже­ нию формы поля в зазоре, т. е. увеличению амплитуд высших гармоник индукции, что вызывает возрастание

10

добавочных потерь (в синхронных машинах в первую очередь на поверхности полюсных башмаков, в асин­ хронных— в стали статора и ротора).

Величина линейной нагрузки А изменяется значи­

означают более высокое использование, увеличенные значения индуктивных сопротивлений, увеличенные по­ тери.

При увеличении индуктивных сопротивлений сни­ жается пусковой ток, но в этом случае трудно получить высокий асинхронный момент на подсинхронной скоро­ сти, необходимый для двигателей насосов, у которых к концу пуска момент сопротивления близок к номиналь­ ному. Поэтому величина линейной нагрузки ограничи­ вается не только нагревом обмоток, но и условиями пу­ ска. Линейная нагрузка у крупных двигателей, имеющих термореактивную изоляцию обмотки статора, не должна превышать 600 А/см, а у двигателей мощностью 500— 10000 кВт с микалентной компаундированной изоляцией 400—500 А/см (большие значения относятся к более мощным и быстроходным машинам).

При практически одних и тех же электромагнитных нагрузках можно получить машины разных габаритов, с различным отношением активной длины к полюсному делению ///т. В двигателях с частыми пусками (син­ хронные двигатели для насосных станций) с точки зре­ ния получения более благоприятных пусковых условий желательно иметь минимальный момент инерции /. По­ скольку момент инерции пропорционален массе и квад­ рату радиуса ротора, а масса G= kiD2l, то J=kzDkl.

Поэтому, для того чтобы у машины был минималь­ ный момент инерции, надо задаваться большими значе­ ниями 1(/т, т. е. малым диаметром. Однако с уменьше­ нием диаметра снижается окружная скорость и ухуд­ шаются условия охлаждения обмоток, что ведет к пере­ расходу активных материалов. При большой длине и малом диаметре снижается устойчивость вертикального агрегата. Кроме того, при повышенных нагрузках на подпятник от ротора насоса и реакции воды приходится увеличивать диаметр масляной ванны и размер кресто­ вины, в которой размешается масляная ванна с подпят­ ником, что приводит к увеличению. диаметра, статора.

11

Та б л и ца 1-2

Нормализованные диаметры сердечников статоров

Учитывая все эти обстоятельства, для вертикальных дви­

сто It значения hiт и т, найдем внутренний диаметр ста­ тора D{. Полученный по (1-1) внутренний диаметр ста­ тора является приблизительным. Его изменяют так, что­ бы наружный диаметр статора Da соответствовал нор­ мализованному габариту, указанному в табл. 1-2, а за­ тем уточняют в процессе расчета.

Радиальный размер сердечника статора (Da—D{) увеличивается при увеличении габарита, а в одном га­ барите—уменьшается при снижении частоты вращения. Например, в 16-м и 17-м габаритах разница между на­ ружным и внутренним диаметрами статора должна быть 360—400 мм при 2р = 6 и 2р = 8 и приблизительно 250 мм при 2/д=16.

1-2. РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА

Крупные вертикальные электродвигатели выполняют­ ся высоковольтными. Номинальные напряжения двига­ телей 6 и 10 кВ.

Асинхронные двигатели, как правило, изготовляются только на 6 кВ, так как при напряжении 10 кВ заметно ухудшаются технико-экономические показатели двига­ теля; из-за увеличенной толщины изоляции растут раз­ меры паза, что при малых зазорах приводит к значи­ тельному росту потерь и ухудшению использования ма­ шины. Особенно это относится к машинам с микалентной компаундированной изоляцией, у которых по сравнению с машинами, имеющими термореактивную изоляцию, хуже использование паза,

12

Синхронные двигатели мощностью 1250 кВт и больше в соответствии с ГОСТ 8704-61 могут изготовляться на 10 кВ. Изготовление синхронных двигателей мощностью менее 1250 кВт с микалентной компаундированной изо­ ляцией на напряжение 10 кВ не экономично. Статор­ ные катушки при этом получаются многовитковыми из тонкой медной проволоки, что затрудняет их изготовле­ ние. Коэффициент заполнения паза медью резко падает. В результате непропорционально увеличиваются габари­ ты машины и ее стоимость. При применении термореак­ тивной изоляции и специального изолированного прово­ да, не требующего дополнительной витковой изоляции, уменьшается разница в стоимости шести и десятикило­

1000—630 кВт на напряжение 10 кВ, если учитывать эко­ номию, которую можно получить на схеме электроснаб­ жения двигателя.

У синхронных двигателей с мощностями 1250— 5000 кВт при переходе с 6 на 10 кВ мощность двигателя при тех же активных размерах снижается примерно на ступень (около 25%) из-за уменьшения использования паза. Выбор напряжения в этом случае определяется технико-экономическими показателями подстанции.

Двигатели мощностью более 5000 кВт, как правило, выполняются на напряжение 10 кВ.

Зная внутренний диаметр статора, число пазов вы­ бирают так, чтобы пазовое деление у машин напряже­ нием 6 кВ было 30—40 мм (меньшие значения для мень­ ших мощностей и асинхронных машин), а у десятикило­ вольтных машин 42—50 мм. Число пазов должно быть кратно трем и удовлетворять следующим условиям сим­ метрии обмотки: Z/3a — целое число, где а — число па­ раллельных ветвей; 2p]ad — целое число, где d — знаме­ натель дробности (d — не кратно трем).

При числе пазов на полюс и фазу q< 4 это число у синхронных двигателей должно быть дробным. Для асинхронных двигателей желательно, чтобы q было це­ лым числом. Принятое число пазов должно позволять экономно раскраивать лист электротехнической стали на сегменты, из которых шихтуется сердечник статора.

Ток в параллельной ветви не должен превышать 120—200 А. При этом каждый эффективный проводник состоит из нескольких элементарных.

13

По технологическим условиям изготовления катушки сечение элементарного проводника должно быть не бо­ лее 22—25 мм2. Сечение эффективного проводника рас­ считывается по плотности тока в обмотке, которая долж­ на быть такой, чтобы обмотка не перегревалась сверх нормы в номинальном режиме и чтобы адиабатический: нагрев при пуске допускал пуск из горячего состояния.

Для машин с мощностями 500—3000 кВт при часто­ тах вращения 375—1000 об/мин плотность тока равна 4,2—5 А/мм2 (большие значения для быстроходных дви­ гателей), а для более мощных машин при частотах вра­ щения 187—500 об/мин 3—4 А/мм2.

При применении термореактивной изоляции плот­ ность тока можно увеличить приблизительно на 10%. При более высоких плотностях тока потери в обмотке статора заметно снижают к. и. д. двигателя, хотя тем­ пература не превышает нормы.

Число витков в катушке должно быть таким, чтобы линейная нагрузка

A —IaSn/tn, А /С М ,

соответствовала величине, указанной в § 1-1.

Размер паза рассчитывается по выбранному разме­ ру меди и нормам на изоляцию в зависимости от напря­ жения (см. гл. 10). Отношение высоты паза к ширине должно находиться в пределах 4—5.

Выбранное сечение меди должно быть ориентировоч­ но проверено на нагревание. О температуре обмотки можно приблизительно судить по перепаду температуры в изоляции й,-. Должны соблюдаться условия:

для компаундированной изоляции

*136 (6„ + Л„)

для термореактивной изоляции

14